РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к дипломному проекту содержит: ___ страниц, ___ рисунков, ___ таблиц, ___ источников, ___приложения формата А4, ___ схемы формата А1.

Объект исследования: АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донбасэлектромонтаж».

Предмет исследования: аппаратно-программные средства автоматизации обмена информацией бухгалтерии АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донбасэлектромонтаж».

Цель работы: подбор оптимальных аппаратно-программных средств необходимых для автоматизации обмена информацией бухгалтерии АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донбасэлектромонтаж» и объединение их в единую локальную сеть.

В первой части были рассмотрены общие принципы построения аппаратно-программных комплексов, объединенных в единую локальную вычислительную сеть.

Во второй части была выполнена практическая реализация подбора программно-технического комплекса средств ЛВС для автоматизации работы бухгалтерии АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донбасэлектромонтаж».

В третьей части были рассмотрены "Технико-экономическое обоснование объекта разработки" выполнен расчет стоимости проектируемой сети.

АППАРАТНО-ПРОГРАМНЫЙ КОМПЛЕКС, ЛОКАЛЬНАЯ СЕТЬ, ТОПОЛИГИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА, СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА, СРЕДСТВА КОМУНИКАЦИИ.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АЛУ - арифметико-логическое устройство

ВС - вычислительная сеть

ЛВС -локальная вычислительная сеть

НГМД - накопитель на гибком магнитном диске

НЖМД - накопитель на жестком магнитном диске (винчестер)

ОЗУ - оперативно запоминающее устройство

ОС - операционная система

ОП - оперативная память

ПЗУ - постоянно запоминающее устройство

ПК - персональный компьютер

УУ - устройство управления

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТНО-ПРОГРНАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ, ОБЪЕДИНЕННЫХ В ЕДИНУЮ ЛОКАЛЬНУЮ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ СЕТЬ

1.1 Классификация и анализ существующих программно-технических средств

1.1.1 Анализ структуры аппаратно-программных комплексов

1.1.2 Проблемы выбора аппаратно-программной платформы, соответствующей потребностям прикладной области

1.2 Технические средства локальной вычислительной сети

1.2.1 Модели взаимодействия открытых систем OSI

1.2.2 Базовые технологии локальных вычислительных сетей

1.2.3 Способы построение локальных вычислительных сетей

1.2.4 Программное обеспечение локальных сетей

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДБОРА ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ЛВС ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТЫ БУХГАЛТЕРИИ АОЗТ «ДОНЕЦКОЕ ПУСКО-НАЛАДОЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ № 414 «ДОНБАСЭЛЕКТРОМОНТАЖ»

2.1 Административные, технические и программные характеристики АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донбасэлектромонтаж»

2.2 Постановка задачи процесса подбора программно-технического комплекса ЛВС для автоматизации работы бухгалтерии АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донебасэлектромонтаж»

2.3 Разработка комплекса мер для автоматизации работы бухгалтерии отдела АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донебасэлектромонтаж»

2.3.1 Расширение и настройка аппаратно-программных средств для автоматизации работы бухгалтерии

2.3.2 Подбор комплекса программных средств для автоматизации задач бухгалтерии

3 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СТОИМОСТИ ОБЪЕКТА РАЗРАБОТКИ

ВВЕДЕНИЕ

Темой данной дипломной работы является «Подбор аппаратно-программных средств для автоматизации работы бухгалтерии АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донбасэлектромонтаж».

АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донбасэлектромонтаж» растущее и расширяющее свои функциональные возможности предприятие, поэтому остро стоит необходимость расширения количества рабочих мест и оборудования их современными средствами программно-техническими средствами.

В связи с этим, целью моей работы является подбор оптимальных аппаратно-программных средств необходимых для автоматизации обмена информацией бухгалтерии АОЗТ «Донецкое пуско-наладочное управление № 414 «Донбасэлектромонтаж».

На современном этапе развития компьютерной техники нельзя говорить об эффективном обмене информацией и данными на предприятии без организации функционирования локальной вычислительной сети. Поэтому необходимо поставить следующие задачи для эффективной автоматизации работы бухгалтерии:

­ подбор современных аппаратно-программных средств, соответствующих системным требованиям бухгалтерских программ;

­ подключение средств компьютерной техники к единой локальной сети предприятия;

­ выбор оптимальной системы автоматизации обработки бухгалтерских данных.

Для решения поставленных целей и задач необходимо выполнить следующие этапы работы:

­ выполнить анализ технического задания;

­ ознакомиться со структурой предприятия;

­ рассмотреть существующие программные и технические средства предприятия;

­ подобрать оптимальные технические и программные средства для расширения функциональных возможностей предприятия по автоматизации обработки бухгалтерских данных;

­ разработать план внедрения проекта на предприятие;

­ произвести настройку локальной сети и сетевого программного обеспечения;

­ рассчитать экономический эффект от внедрения системы автоматизации обработки бухгалтерских данных на предприятия;

­ рассмотреть нормы и требования охраны труда.

Данная работа имеет большую практическую значимость, так как в результате внедрения комплекса мер по автоматизации обмена и обработки бухгалтерских данных среди различными структурными подразделениями предприятия, в значительной мере сократятся трудозатраты и возрастет эффективность труда, что позволит выйти предприятию на новый более качественных уровень обработки и передачи информации.

1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТНО-ПРОГРНАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ, ОБЪЕДИНЕННЫХ В ЕДИНУЮ ЛОКАЛЬНУЮ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ СЕТЬ

1.1 Классификация и анализ существующих программно-технических средств

1.1.1 Анализ структуры аппаратно-программных комплексов

Любой программно-технический комплекс нужно рассматривать, как составляющую их двух компонент:

1) аппаратной составляющей (см. рисунок 1.1);

2) программной составляющей (см. рисунок 2.1).

Рисунок 1.1 - Структура аппаратной составляющей программно-технического комплекса

При выборе аппаратных средств программно-технического комплекса необходимо обращать внимание на следующие параметры:

1) Производительность (быстродействие) ПК - возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду).

2) Производительность (быстродействие) процессора - количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

3) Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт - промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Таким образом, тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно тактовая частота определяет быстродействие компьютера. Задается тактовая частота специальной микросхемой «генератор тактовой частота», который вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Частота в 1Мгц = 1миллиону тактов в 1 секунду. Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых частот для каждого типа процессоров, например: 2,8; 3,0 Ггц и т.д.

4) Разрядность процессора - max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком. Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти - регистрами. Регистр в 1байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта - 16-разрядным и тд. Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда).

5) Время доступа - быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывание минимальной порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10^-9с).

6) Объем памяти (ёмкость) - максимальный объем информации, который может храниться в ней.

7) Плотность записи - объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм).

8) Скорость обмена информации - скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве.



Рисунок 1.2 - Структура программной составляющей программно-технического комплекса

Программная составляющая программно-технического комплекса должна удовлетворять потребностям пользователей и подбирается специально под конкретные задачи прикладной области.

При внедрении любого программно-технического комплекса или его модернизации одним из важнейших вопросов является выбор соответствующих компьютеров, обеспечивающих решение необходимого набора задач за приемлемое время. Производительность компьютера при решении прикладных задач определяется целой совокупностью технических решений, то есть зависит от быстродействия элементной базы и архитектуры процессора, быстродействия и организации памяти, системы ввода вывода и многого другого. Немаловажную роль здесь играет используемое программное обеспечение, например, операционная система или система управления базой данных.

Поскольку разные классы задач предъявляют существенным образом отличающиеся требования к отдельным техническим и программным решениям, то реальная или фактическая производительность одного и того же компьютера на разных задачах может отличаться в несколько раз и даже десятки раз. Следует учитывать, что когда, например, компания Intel публикует данные о рабочей частоте процессора или количестве выполняемых им в единицу времени операций, она предоставляет характеристики быстродействия модуля процессора, характеризующие быстродействие элементной базы, на которой он реализован, без учета всех других факторов, влияющих на время решения задачи в конкретной системе. Для более близкой к реальной оценки производительности компьютеров, на базе собранных статистических данных, разрабатываются и используются очень сложные и дорогостоящие специальные тесты, учитывающие особенности различных классов задач. Проведение такого тестирования также является достаточно не простым и дорогостоящим делом, так как требует высокой профессиональной квалификации сотрудников, проводящих эту работу, и наличие уже собранной вычислительной системы.

Также следует учитывать, что увеличение количества процессоров, хоть и увеличивает общую производительность компьютера, но не прямо пропорционально. Так добавление второго процессора увеличивает общую производительность процессорного модуля в 1,2 - 1,4 раза в зависимости от класса решаемых задач, а не в 2 раза, как хотелось бы. С дальнейшим же увеличением количества процессоров их доля влияния на повышение общей производительности, как правило, снижается.

Таким образом, при выборе компьютеров для программно-технических комплексов предприятия следует обращаться к помощи специалистов или использовать информацию, предоставляемую фирмой производителем аппаратуры. Фирмы производители четко определяют назначение и круг задач, на которые ориентировано то или иное предлагаемое техническое решение, а также возможности расширения его функций и наращивания производительности.

1.1.2 Проблемы выбора аппаратно-программной платформы, соответствующей потребностям прикладной области

Выбор аппаратной платформы и конфигурации системы представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Это связано, в частности, с характером прикладных систем, который в значительной степени может определять рабочую нагрузку вычислительного комплекса в целом. Однако часто оказывается просто трудно с достаточной точностью предсказать саму нагрузку, особенно в случае, если система должна обслуживать несколько групп разнородных по своим потребностям пользователей.

Все, кто сталкивается с задачей выбора конфигурации системы, должны начинать с определения ответов на два главных вопроса: какой сервис должен обеспечиваться системой и какой уровень сервиса может обеспечить данная конфигурация. Имея набор целевых показателей производительности конечного пользователя и стоимостных ограничений, необходимо спрогнозировать возможности определенного набора компонентов, которые включаются в конфигурацию системы. Любой, кто попробовал это сделать, знает, что подобная оценка сложна и связана с неточностью. Приведем некоторые причины, затрудняющие выбор конфигурации системы:

- Подобная оценка прогнозирует будущее: предполагаемую комбинацию устройств, будущее использование программного обеспечения, будущих пользователей.

- Сами конфигурации аппаратных и программных средств сложны, связаны с определением множества разнородных по своей сути компонентов системы, в результате чего сложность быстро увеличивается. Каждое новое поколение аппаратных и программных средств обеспечивает настолько больше возможностей, чем их предшественники, что относительно новые представления об их работе постоянно разрушаются.

- Скорость технологических усовершенствований во всех направлениях разработки компьютерной техники (аппаратных средствах, функциональной организации систем, операционных системах, прикладного программного обеспечения) уже очень высокая и постоянно растет. Ко времени, когда какое-либо изделие широко используется и хорошо изучено, оно часто рассматривается уже как устаревшее.

- Доступная потребителю информация о самих системах, операционных системах, программном обеспечении как правило носит очень общий характер. Структура аппаратных средств, на базе которых работают программные системы, стала настолько сложной, что эксперты в одной области редко являются таковыми в другой.

- Информация о реальном использовании систем редко является точной. Более того, пользователи всегда находят новые способы использования вычислительных систем как только становятся доступными новые возможности.

При стольких неопределенностях просто удивительно, что многие конфигурации систем работают достаточно хорошо. Оценка конфигурации все еще остается некоторым видом искусства, но к ней можно подойти с научных позиций. Намного проще решить, что определенная конфигурация не сможет обрабатывать определенные виды нагрузки, чем определить с уверенностью, что нагрузка может обрабатываться внутри определенных ограничений производительности. Более того, реальное использование систем показывает, что имеет место тенденция заполнения всех доступных ресурсов. Как следствие, системы, даже имеющие некоторые избыточные ресурсы, со временем не будут воспринимать дополнительную нагрузку.

Для выполнения анализа конфигурации, система (под которой понимается весь комплекс компьютеров, периферийных устройств, сетей и программного обеспечения) должна рассматриваться как ряд соединенных друг с другом компонентов. Например, сети состоят из клиентов, серверов и сетевой инфраструктуры. Сетевая инфраструктура включает среду (часто нескольких типов) вместе с мостами, маршрутизаторами и системой сетевого управления, поддерживающей ее работу. В состав клиентских систем и серверов входят центральные процессоры, иерархия памяти, шин, периферийных устройств и программного обеспечения. Ограничения производительности некоторой конфигурации по любому направлению (например, в части организации дискового ввода/вывода) обычно могут быть предсказаны исходя из анализа наиболее слабых компонентов.

Поскольку современные комплексы почти всегда включают несколько работающих совместно систем, точная оценка полной конфигурации требует ее рассмотрения как на макроскопическом уровне (уровне сети), так и на микроскопическом уровне (уровне компонент или подсистем).

Эта же методология может быть использована для настройки системы после ее инсталляции: настройка системы и сети выполняются как правило после предварительной оценки и анализа узких мест. Более точно, настройка конфигурации представляет собой процесс определения наиболее слабых компонентов в системе и устранения этих узких мест.

Следует отметить, что выбор той или иной аппаратной платформы и конфигурации определяется и рядом общих требований, которые предъявляются к характеристикам современных вычислительных систем. К ним относятся:

- отношение стоимость/производительность;

- надежность и отказоустойчивость;

- масштабируемость;

- совместимость и мобильность программного обеспечения.

Отношение стоимость/производительность. Появление любого нового направления в вычислительной технике определяется требованиями компьютерного рынка. Поэтому у разработчиков компьютеров нет одной единственной цели.

Для сравнения различных компьютеров между собой обычно используются стандартные методики измерения производительности. Эти методики позволяют разработчикам и пользователям использовать полученные в результате испытаний количественные показатели для оценки тех или иных технических решений, и в конце концов именно производительность и стоимость дают пользователю рациональную основу для решения вопроса, какой компьютер выбрать.

Важнейшей характеристикой вычислительных систем является надежность. Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечение тепловых режимов их работы, а также за счет совершенствования методов сборки аппаратуры.

Отказоустойчивость - это такое свойство вычислительной системы, которое обеспечивает ей, как логической машине, возможность продолжения действий, заданных программой, после возникновения неисправностей. Введение отказоустойчивости требует избыточного аппаратного и программного обеспечения. Направления, связанные с предотвращением неисправностей и с отказоустойчивостью, - основные в проблеме надежности. Концепции параллельности и отказоустойчивости вычислительных систем естественным образом связаны между собой, поскольку в обоих случаях требуются дополнительные функциональные компоненты. Поэтому, собственно, на параллельных вычислительных системах достигается как наиболее высокая производительность, так и, во многих случаях, очень высокая надежность. Имеющиеся ресурсы избыточности в параллельных системах могут гибко использоваться как для повышения производительности, так и для повышения надежности. Структура многопроцессорных и многомашинных систем приспособлена к автоматической реконфигурации и обеспечивает возможность продолжения работы системы после возникновения неисправностей.

Следует помнить, что понятие надежности включает не только аппаратные средства, но и программное обеспечение. Главной целью повышения надежности систем является целостность хранимых в них данных.

Масштабируемость представляет собой возможность наращивания числа и мощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой и конструкцией компьютера, а также соответствующими средствами программного обеспечения.

Добавление каждого нового процессора в действительно масштабируемой системе должно давать прогнозируемое увеличение производительности и пропускной способности при приемлемых затратах. Одной из основных задач при построении масштабируемых систем является минимизация стоимости расширения компьютера и упрощение планирования. В идеале добавление процессоров к системе должно приводить к линейному росту ее производительности. Однако это не всегда так. Потери производительности могут возникать, например, при недостаточной пропускной способности шин из-за возрастания трафика между процессорами и основной памятью, а также между памятью и устройствами ввода/вывода. В действительности реальное увеличение производительности трудно оценить заранее, поскольку оно в значительной степени зависит от динамики поведения прикладных задач.

Возможность масштабирования системы определяется не только архитектурой аппаратных средств, но зависит от заложенных свойств программного обеспечения. Масштабируемость программного обеспечения затрагивает все его уровни от простых механизмов передачи сообщений до работы с такими сложными объектами как мониторы транзакций и вся среда прикладной системы. В частности, программное обеспечение должно минимизировать трафик межпроцессорного обмена, который может препятствовать линейному росту производительности системы. Аппаратные средства (процессоры, шины и устройства ввода/вывода) являются только частью масштабируемой архитектуры, на которой программное обеспечение может обеспечить предсказуемый рост производительности. Важно понимать, что простой переход, например, на более мощный процессор может привести к перегрузке других компонентов системы. Это означает, что действительно масштабируемая система должна быть сбалансирована по всем параметрам.

Концепция программной совместимости впервые в широких масштабах была применена разработчиками системы IBM/360. Основная задача при проектировании всего ряда моделей этой системы заключалась в создании такой архитектуры, которая была бы одинаковой с точки зрения пользователя для всех моделей системы независимо от цены и производительности каждой из них. Огромные преимущества такого подхода, позволяющего сохранять существующий задел программного обеспечения при переходе на новые (как правило, более производительные) модели были быстро оценены как производителями компьютеров, так и пользователями и начиная с этого времени практически все фирмы-поставщики компьютерного оборудования взяли на вооружение эти принципы, поставляя серии совместимых компьютеров. Следует заметить однако, что со временем даже самая передовая архитектура неизбежно устаревает и возникает потребность внесения радикальных изменений архитектуру и способы организации вычислительных систем.

В настоящее время одним из наиболее важных факторов, определяющих современные тенденции в развитии информационных технологий, является ориентация компаний-поставщиков компьютерного оборудования на рынок прикладных программных средств. Это объясняется прежде всего тем, что для конечного пользователя в конце концов важно программное обеспечение, позволяющее решить его задачи, а не выбор той или иной аппаратной платформы. Переход от однородных сетей программно совместимых компьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разных фирм-производителей, в корне изменил и точку зрения на саму сеть: из сравнительно простого средства обмена информацией она превратилась в средство интеграции отдельных ресурсов - мощную распределенную вычислительную систему, каждый элемент которой (сервер или рабочая станция) лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи.

Этот переход выдвинул ряд новых требований. Прежде всего такая вычислительная среда должна позволять гибко менять количество и состав аппаратных средств и программного обеспечения в соответствии с меняющимися требованиями решаемых задач. Во-вторых, она должна обеспечивать возможность запуска одних и тех же программных систем на различных аппаратных платформах, т.е. обеспечивать мобильность программного обеспечения. В третьих, эта среда должна гарантировать возможность применения одних и тех же человеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах, входящих в неоднородную сеть. В условиях жесткой конкуренции производителей аппаратных платформ и программного обеспечения сформировалась концепция открытых систем, представляющая собой совокупность стандартов на различные компоненты вычислительной среды, предназначенных для обеспечения мобильности программных средств в рамках неоднородной, распределенной вычислительной системы.

Одним из вариантов моделей открытой среды является модель OSE (Open System Environment), предложенная комитетом IEEE POSIX. На основе этой модели национальный институт стандартов и технологии США выпустил документ "Application Portability Profile (APP). The U.S. Government's Open System Environment Profile OSE/1 Version 2.0", который определяет рекомендуемые для федеральных учреждений США спецификации в области информационных технологий, обеспечивающие мобильность системного и прикладного программного обеспечения. Все ведущие производители компьютеров и программного обеспечения в США в настоящее время придерживаются требований этого документа.

1.2 Технические средства локальной вычислительной сети

1.2.1 Модели взаимодействия открытых систем OSI

Модель взаимодействия открытых систем - OSI (Open System Interconnect) модель, является дальнейшей детализацией процессов взаимодействия прикладных программ в открытых системах. В OSI модели достаточно сложная задача разработки единого интерфейса между взаимодействующими компьютерами разбита на семь более простых. В каждом компьютере передаваемые данные проходят семь уровней преобразований, образующих стек интерфейсов и протоколов взаимодействия, как показано на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - OSI модель взаимодействия открытых систем

Многоуровневая обработка передаваемых данных в компьютерах объясняется существенными отличиями понятий, которыми оперируют прикладные программы и сетевые устройства. Так, например, прикладная программа оперирует текстовыми документами, таблицами и схемами, а передающие и принимающие сетевые устройства воспринимают их только в виде логических нулей и единиц, которые к тому же в среде передачи данных могут быть представлены электрическими, оптическими или радио сигналами. Следующей проблемой является адресация передаваемых данных. Если передающее устройство воспринимает только физические адреса доступных ему устройств, то прикладная программа должна указать какие данные, какой программы, какого компьютера такой-то подсети такой-то сети нужно передать.

Семь уровней OSI модели могут быть разделены на две категории: верхние и нижние уровни.

Верхние уровни - прикладной, представлений и сеансовый, уровни приложений, взаимодействуют с прикладной программой и могут быть реализованы только программным способом. Прикладной уровень работает непосредственно с прикладной программой, которая должна иметь в своем составе специальный компонент для взаимодействия с приложениями других систем.

Нижние уровни модели называются уровнями передачи данных. Реализация физического и канального уровней обеспечивается программными средствами и специальной сетевой аппаратурой. При этом физический уровень является ответственным за непосредственную передачу данных между устройствами.

В модели OSI на рисунке 1.3 стрелками показано вертикальное и горизонтальное перемещение данных во взаимодействующих системах. Вертикальные стрелки обозначают передачу данных от одного уровня к другому внутри одной системы. Проходя вниз по уровням модели, данные преобразуются в формат, воспринимаемый физическим уровнем, передаются в другую систему, в которой проходят обратный путь снизу вверх. Каждый уровень модели предоставляет свои услуги смежному верхнему уровню и пользуется услугами смежного нижнего уровня.

Несмотря на то, что в процессе передачи данных каждый уровень обслуживает запросы смежного верхнего уровня, основной его задачей является подготовка информации для одноименного уровня в другой системе. Горизонтальные стрелки в модели OSI означают, что хоть одноименные уровни непосредственно не обмениваются данными, но подготавливаемая каждым уровнем информация предназначена и будет воспринята только аналогичным уровнем другой системы.

Процесс преобразования данных при их передаче между уровнями модели проиллюстрирован на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Процесс обмена данными в модели OSI

Порция передаваемой между уровнями OSI модели данных состоит из заголовка и непосредственно данных. Заголовок содержит служебную информацию соответствующего уровня модели.

Предположим, что прикладной программе компьютера А нужно передать данные или запрос на получение данных некоторой программе компьютера В. Смысловое значение передаваемых прикладной программой данных, данные это, запрос или что-то ещё, понятно только прикладной программе, которой оно адресовано. Для уровней OSI модели это просто порция информации. Прикладная программа запрашивает сервис прикладного уровня компьютера А и передает ему данные. Прикладной уровень компьютера А добавляет к полученным данным свой заголовок со служебной информацией, которая является смысловой только для прикладного уровня модели компьютера В, и передает их на уровень представлений. Уровень представлений, в свою очередь, добавляет к полученным данным свой заголовок и передает его на следующий нижележащий уровень. Таким образом, каждый раз увеличиваясь в объеме на величину добавляемого заголовка, данные доходят до физического уровня и передаются в другой компьютер. При этом передаваемые данные содержат вложенные заголовки всех уровней модели.

В компьютере В происходит обратный процесс. Физический уровень компьютера В передает полученные данные на канальный уровень, который отделяет заголовок, выполняет предписанные в нем действия и передает оставшиеся данные на сетевой уровень. Сетевой уровень отделяет от полученных данных предназначенный ему заголовок, выполняет необходимые действия и передает оставшиеся данные на верхний уровень и так далее. Прикладной уровень компьютера В передает данные прикладной программе, которой они адресованы.

Эталонная модель определяет функции уровней обмена следующим образом.

Физический уровень отвечает за подключение к среде передачи данных и определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные спецификации активизации и поддержания функционирования канала обмена между взаимодействующими системами. Спецификации физического уровня также определяют характеристики среды передачи данных. Такими характеристиками могут быть уровни напряжений и временные параметры сигналов, частотные характеристики, типы кабелей и разъемов, максимальные расстояния между устройствами и другие.

Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. В его функции входит формирование, прием и передача кадров данных, получаемых от сетевого и физического уровней. Спецификации канального уровня определяют различные характеристики сети и протокола обмена, включая физическую адресацию устройств, топологию сети, уведомление об ошибках, последовательность передаваемых кадров данных, загрузку каналов обмена.

Сетевой уровень определяет сетевые адреса компьютеров источника и приемника информации, которые отличаются от их физических адресов. Поскольку этот уровень имеет дело с логической организацией информационной сети, маршрутизаторы могут использовать его для определения направления передачи данных.

Транспортный уровень является ответственным за то, чтобы данные не содержали ошибок, а кадры были переданы в соответствующей последовательности. Если в данных обнаруживается ошибка, то они должны быть переданы повторно.

Транспортный уровень также управляет потоком обмена и следит, чтобы передающее устройство не посылало данных больше, чем может обработать приемное. Этот уровень выполняет функции мультиплексирования, то есть обеспечение приема данных от разных приложений и их отправку по одной физической линии связи. Этот же уровень отвечает за организацию и поддержание виртуальных сетей.

Сеансовый уровень управляет началом и окончанием сеансов обмена данными. Он обеспечивает формирование запросов на передачу данных и ответных действий между приложениями, работающими в разных сетях, то есть осуществляет синхронизацию процессов передачи и приема данных в передающем и принимающем компьютерах.

Представительный уровень обеспечивает возможность обмена данными между приложениями, использующими различные методы кодирования, форматы и структуры данных, то есть отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой прикладным уровнем другой системы. Например, приложения могут использовать разные форматы графических изображений - GIF и JPEG. При наличии подобных различий представительный уровень осуществляет перекодирование, трансляцию, переформатирование данных и другие необходимые операции.

Прикладной уровень определяет возможность осуществления обмена данными между приложениями компьютеров и, если такая возможность есть, инициирует действия нижних уровней модели. Получив от соответствующего компонента приложения запрос на обслуживание, прикладной уровень определяет наличие в сети партнера, возможность установления с ним связи и достаточность ресурсов для реализации обмена. Напрямую взаимодействуя с приложениями, прикладные уровни синхронизируют их работу в рамках обмена данными.

Модель OSI описывает концепцию организации информационной связи компьютеров, но не конкретный способ обмена данными. Реальная последовательность действий компьютеров определяется используемыми протоколами обмена. В рассматриваемом контексте протокол определяется как набор правил и соглашений, предписывающих компьютерам последовательность действий для осуществления обмена через среду передачи данных.

1.2.2 Базовые технологии локальных вычислительных сетей

Архитектуры или технологии локальных сетей можно разделить на два поколения. К первому поколению относятся архитектуры, обеспечивающие низкую и среднюю скорость передачи информации: Ethernet 10 Мбит/с), Token Ring (16 Мбит/с) и ARC Net (2,5 Мбит/с).

Для передачи данных эти технологии используют кабели с медной жилой. Ко второму поколению технологий относятся современные высокоскоростные архитектуры: FDDI (100 Мбит/с), АТМ (155 Мбит/с) и модернизированные версии архитектур первого поколения (Ethernet): Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с).

Усовершенствованные варианты архитектур первого поколения рассчитаны как на применение кабелей с медными жилами, так и на волоконно-оптические линии передачи данных.

Новые технологии (FDDI и ATM) ориентированы на применение волоконно-оптических линий передачи данных и могут использоваться для одновременной передачи информации различных типов (видеоизображения, голоса и данных).

Сетевая технология - это минимальный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями. В настоящее время насчитывается огромное количество сетей, имеющих различные уровни стандартизации, но широкое распространение получили такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet, FDDI.

Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов). Перед началом передачи каждая рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу данных. Реально конфликты приводят к снижению быстродействия сети только в том случае, когда работают 80-100 станций.

Метод доступа Arcnet получил широкое распространение в основном благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token -Ring. Arcnet используется в локальных сетях с топологией «звезда».

Один из компьютеров создает специальный маркер (специальное сообщение), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Если станция должна передать сообщение, она, получив маркер, формирует пакет, дополненный адресами отправителя и назначения. Когда пакет доходит до станции назначения, сообщение «отцепляется» от маркера и передается станции.

Метод доступа Token Ring разработан фирмой IBM; он рассчитан кольцевую топологию сети. Данный метод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet при методе доступа Token Ring предусмотрена возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

Технология Ethernet сейчас наиболее популярна в мире. В классической сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. Применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”.

Стандарт определяет четыре основных типа среды передачи.

- 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);

- 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);

- 10BASE-T (витая пара);

- 10BASE-F (оптоволоконный кабель).

Fast Ethernet - высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 Мбит/с. Сети Fast Ethernet совместимы с сетями, выполненными по стандарту Ethernet. Основная топология сети Fast Ethernet - пассивная звезда.

Стандарт определяет три типа среды передачи для Fast Ethernet:

- 100BASE-T4 (счетверенная витая пара);

- 100BASE-TX (сдвоенная витая пара);

- 100BASE-FX (оптоволоконный кабель).

Gigabit Ethernet - высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 1000 Мбит/с. Стандарт сети Gigabit Ethernet в настоящее время включает в себя следующие типы среды передачи:

- 1000BASE-SX - сегмент на мультимодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм.

- 1000BASE-LX - сегмент на мультимодовом и одномодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 1300 нм.

- 1000BASE-CX - сегмент на электрическом кабеле (экранированная витая пара).

- 1000BASE-T - сегмент на электрическом кабеле (счетверенная неэкранированная витая пара).

В связи с тем, что сети совместимы, легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть.

Сеть Token-Ring предложена фирмой IBM. Token-Ring предназначалась для объединение в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM (от персональных до больших). Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию.

Сеть Arcnet - это одна из старейших сетей. В качестве топологии сеть Arcnet использует “шину” и “пассивную звезду”. Сеть Arcnet пользовалась большой популярностью. Среди основных достоинств сети Arcnet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с).

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи - 100 Мбит/с.
Основные технические характеристики сети FDDI следующие:

- Максимальное количество абонентов сети - 1000.

- Максимальная протяженность кольца сети - 20 км

- Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км.

- Среда передачи - оптоволоконный кабель

- Meтод доступа - маркерный.

- Скорость передачи информации - 100 Мбит/с.

1.2.3 Способы построение локальных вычислительных сетей

Компьютерную сеть можно представить многослойной моделью, состоящей из слоев:

- компьютеры;

- коммуникационное оборудование;

- операционные системы;

- сетевые приложения.

Основой любой локальной сети являются ПК, которые подключаются к сети с помощью сетевой карты. Все компьютеры локальных сетей можно разделить на два класса: серверы и рабочие станции.

К коммуникационному оборудованию относится:

- Сетевой адаптер - это специальное устройство, которое предназначено для сопряжения компьютера с локальной сетью и для организации двунаправленного обмена данными в сети. Сетевая карта вставляется в свободный слот расширения на материнской плате и оборудована собственным процессором и памятью, а для подключения к сети имеет разъем типа RJ-45. Наиболее распространены карты типа PCI, которые вставляются в слот расширения PCI на материнской плате. В зависимости от применяемой технологии Ethernet, Fast Ethernet или Gigabit Ethernet и сетевой карты скорость передачи данных в сети может быть: 10, 100 или 1000 Мбит/с.

- Сетевые кабели. В качестве кабелей соединяющих отдельные ПК и коммуникационное оборудование в локальных сетях применяются:

1) Витая пара - передающая линия связи, которая представляет собой два провода, перекрученных друг с другом с определенным шагом с целью снижения влияния электромагнитных полей.

2) Коаксиальный кабель - кабель, который состоит из одного центрального проводника в изоляторе и второго проводника расположенного поверх изолятора.

3) Оптический кабель - это кабель, в котором носителем информации является световой луч, распространяющийся по оптическому волокну.

Кроме того, в качестве передающей среды в беспроводных локальных сетях используются радиоволны в микроволновом диапазоне.

К коммуникационному оборудованию локальных сетей относятся: трансиверы, повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Часть оборудования (приемопередатчики или трансиверы, повторители или репитеры и концентраторы или hubs) служит для объединения нескольких компьютеров в требуемую конфигурацию сети. Соединенные с концентратором ПК образуют один сегмент локальной сети, т.е. концентраторы являются средством физической структуризации сети, так как, разбивая сеть на сегменты, упрощают подключение к сети большого числа ПК.

Другая часть оборудования (мосты, коммутаторы) предназначены для логической структуризации сети. Так как локальные сети являются широковещательными (Ethernet и Token Ring), то с увеличением количества компьютеров в сети, построенной на основе концентраторов, увеличивается время задержки доступа компьютеров к сети и возникновению коллизий. Поэтому в сетях построенных на хабах устанавливают мосты или коммутаторы между каждыми тремя или четырьмя концентраторами, т.е. осуществляют логическую структуризацию сети с целью недопущения коллизий.

Третья часть оборудования предназначена для объединения нескольких локальных сетей в единую сеть: маршрутизаторы (routers), шлюзы (gateways). К этой части оборудования можно отнести и мосты (bridges), а также коммутаторы (switches).

Повторители (repeater) - устройства для восстановления и усиления сигналов в сети, служащие для увеличения ее длины.

Приемопередатчики (трансиверы) - это устройства, предназначенные для приема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в сеть. Трансиверы (конверторы) могут преобразовывать электрические сигналы в другие виды сигналов (оптические или радиосигналы) с целью использования других сред передачи информации.

Концентраторы или хабы (Hub) - устройства множественного доступа, которые объединяет в одной точке отдельные физические отрезки кабеля, образуют общую среду передачи данных или сегменты сети, т.е. хабы используются для создания сегментов и являются средством физической структуризации сети.

Мосты (bridges) - это программно - аппаратные устройства, которые обеспечивают соединение нескольких локальных сетей между собой. Мосты предназначены для логической структуризации сети или для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия.

Коммутаторы (switches) - программно - аппаратные устройства являются быстродействующим аналогом мостов, которые делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора. При поступлении данных с компьютера - отправителя на какой-либо из портов коммутатор передаст эти данные, но не на все порты, как в концентраторе, а только на тот порт, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер - получатель данных.

Маршрутизаторы (routers) - устройства, обеспечивающие выбор маршрута передачи данных между несколькими сетями, имеющими различную архитектуру или протоколы. Они обеспечивают сложный уровень сервиса, так как могут выполнять “интеллектуальные” функции: выбор наилучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; защиту данных; буферизацию передаваемых данных; различные протокольные преобразования. Маршрутизаторы применяют только для связи однородных сетей.

Шлюзы (gateway) - устройства (компьютер), служащие для объединения разнородных сетей с различными протоколами обмена. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для сети, в частности преобразование сообщения из одного формата в другой.

Эффективность функционирования ЛВС определяется параметрами, выбранными при конфигурировании сети. Конфигурация сети базируется на существующих технологиях и мировом опыте, а также на принятых во всем мире стандартах построения ЛВС и определяется требованиями, предъявляемыми к ней, а также финансовыми возможностями организаций.

Исходя из существующих условий и требований, в каждом отдельном случае выбирается топология сети, кабельная структура, коммуникационное оборудование, протоколы и методы передачи данных, способы организации взаимодействия устройств, сетевая операционная система.

1.2.4 Программное обеспечение локальных сетей

К программным компонентам сетей относятся: операционные системы и сетевые приложения или сетевые службы. Сетевая операционная система - это основа любой вычислительной сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Она может позволить любой рабочей станции работать с разделяемым сетевым диском или принтером, которые физически не подключены к этой станции.

В сетевой операционной системе отдельного компьютера можно выделить несколько частей.

1) Средства управления локальными ресурсами компьютера, к которым относятся: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

2) Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

3) Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

4) Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

Рассмотрим следующие сетевые операционные системы:

1) ОС Unix представляет собой очень мощную, гибкую и динамичную операционную систему, которая в состоянии обрабатывать практически любую предложенную пользователем задачу. Обладает широким набором предлагаемых средств, с помощью которых можно решить большинство проблем, возникающих при работе с информационными технологиями. К преимуществам UNIX относятся мощность работы, стабильность и надежность, полная автоматизация, а также поддержка множества языков программирования.

Эта операционная система предлагает оптимальные решения для работы с Internet, включая доступ к ресурсам Web, Telnet, FTP, базам данным и т.п. Поскольку система UNIX создавалась специально для обработки больших массивов данных и полной интеграции с сетевой средой, она почти всегда превосходит по быстродействию любую другую комбинацию аппаратного и программного обеспечения. Linux представляет собой версию UNIX, адаптированную для процессоров Intel.

2) ОС NetWare фирмы Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС. В качестве файлового сервера в NetWare может использоваться обычный ПК, сетевая ОС которого осуществляет управление работой ЛВС. Функции управления включают координацию рабочих станций и регулирование процесса разделения файлов и принтера в ЛВС. Сетевые файлы всех рабочих станций хранятся на жестком диске файлового сервера, а не на дисках рабочих станций.

3) Сетевые ОС фирмы Microsoft:

Сетевая ОС Windows NT существовала в двух версиях: Windows NT Advanced Server устанавливалась на серверах сети NT, a Windows NT Workstation представляла собой мощную настольную операционную систему с функциональными возможностями.

Следующая версия Windows NT, предназначенная для использования на серверах, была переименована в Windows NT Server. Высокая производительность и улучшенная поддержка приложений сделали ее одной из самых популярных операционных систем.

Windows NT 4.0 объединяла в себе улучшенную интеграцию с Internet и корпоративными сетями, повышенную производительность, отличную совместимость с другими операционными системами компании Microsoft.

Семейство программных продуктов Windows 2000 Server - является следующим поколением серии операционных систем Windows NT Server, в котором надежные, удобные для работы в интернете службы каталога, сетевые службы и службы приложений, объединенные с мощным комплексным управлением.

Windows 2000 Server - для серверов рабочих групп и отделов. Windows 2000 Advanced Server - для приложений и более надежных серверов отделов.

Windows 2000 Datacenter Server - для наиболее ответственных систем обработки данных.

Семейство программных продуктов Windows Server 2003 Семейство программных продуктов Windows Server 2003 является следующим поколением серверных операционных систем Windows. Windows Server 2003 основана на Windows 2000 Server. Она является платформой высокой производительности для поддержки связанных приложений, сетей, и веб-служб XML для рабочих групп, отделов и предприятий любого размера.